一种用于多室的Flash质子治疗的辐射安全联锁方法和系统与流程

本发明属于质子治疗，具体涉及一种用于多室的flash质子治疗的辐射安全联锁方法和系统。

背景技术：

1、质子治疗是当前医学物理界的一大前沿热点，是在二十世纪电子直线加速器肿瘤放疗的基础上，放疗方法的一个新的质的飞跃。早在1946年美国哈佛大学罗伯特威尔森(robert wilson)提出质子治疗建议以来，质子治疗经历了漫长的发展道路，虽然人们早在二十世纪五十年代就己知道其原理，并在1954年美国加州大学劳伦斯伯克利国家实验室(lawrence berkeleynationallaboratory，lbl)首次利用质子射线对晚期乳腺癌患者进行治疗，至此拉开了人类利用高能粒子治疗恶性肿瘤的序幕。但是由于当时的工程技术原因，对于质子放疗的定位精度远高于常规放疗要求，对产生质子的加速器技术指标，对肿瘤的定位诊断精度，对旋转机架的等中心点精度，对计算机的快速数据传输，处理和医用影像学等都有很高的要求，当时的工程技术水平都无法达到，因而直到二十一世纪初，才得以在上世纪八十年代后发展起来的加速器应用技术、计算机技术和ct影像诊断技术等高科技的基础上逐步得到发展和推广。直到1990年，美国lomalinda大学医学中心(llumc)，研制成功世界首台专用医用质子同步加速器，并投入临床使用。此后，由于医学影像技术、射线控制技术和计算机放疗计划系统的进展，使得质子放疗变得可控和精确，医用质子加速器市场迅速发展。所以，质子治疗装置是多学科工程技术创新的产物，质子治疗装置是核技术、计算机技术、精密机械、图像处理、数据通讯、自动控制和医用影像、医疗方法、先进管理等高科技的相互交叉和整体集成的产物，是一个医学和核技术的高科技工程，具有相当高的复杂性。多种创新技术的应用极大的推进了质子放疗的发展，也将加速器技术从实验室中应用到了医学临床。

2、质子治疗能够精确照射肿瘤并减小对正常组织的损伤，降低副作用发生风险，改善患者的生活质量。为了进一步加深对质子治疗临床获益及应用的理解，医学界也在不断开展质子治疗的临床试验。通过临床统计分析，质子治疗在头颈部肿瘤、肺癌、乳腺癌、食管癌、前列腺癌、肝癌、胆管癌、直肠癌等都有不同程度的生存率提高和并发率降低。与调强放疗(imrt)相比，质子治疗的心脏总体受量减少8-18倍，心脏临床显著照射剂量减少50％，不同年龄患者心脏病或其他冠脉事件相对风险降低50-83％。治疗5年后，97％的部分乳腺照射患者无乳腺癌复发，90％的患者乳房重塑效果理想。总体来说，通过质子治疗二次恶性肿瘤发生率相对降低31％。

3、质子束与物质相互作用时能量沉积有如下特性，在射程初期释放能量较少且变化不大，称为坪区，在接近射程末端时释放大量能量，形成一个尖峰，称为布拉格峰(braggpeak)，之后能量沉积迅速降为0，能量沉积曲线如图所示。利用这一特性，选取合适的质子能量可以将布拉格峰置于肿瘤的位置，有效地减小肿瘤前后正常组织的剂量，从而更好地保护正常组织。质子相对于核外电子质量较大，不容易被散射，可以有效地减小照射半影。

4、flash放疗是一种新型的无创外照射放疗技术，通过超高剂量率(约≥40gy/s)输送超高剂量的射线，能够拓宽患者的治疗窗，显著改变放疗及肿瘤治疗的格局。与常规剂量率(1～7cgy/s)放疗相比，flash治疗可在极短时间(不到1s)内输送高于8gy的照射剂量，剂量率超过50gy/s。研究人员认为，高剂量率的照射会导致组织中的氧气耗竭，使健康组织产生辐射抵抗，从而能够在高缺氧的条件下实施破坏肿瘤组织的剂量递增治疗。换言之，健康组织能够更好地耐受这种照射方式，而肿瘤对flash照射的敏感性与传统治疗相同。flash效应于1959年首次被观察到。

5、质子治疗控制系统(treatmentcontrolsystem)是质子治疗系统中医师执行治疗相关交互的主要系统。从实施的角度看，tcs(治疗控制系统)是一组软件的集合，它所提供的主要功能是对质子治疗相关设备进行集成，按照治疗计划(tps)的规划和图像的引导对病人实施受控照射。与tcs相关的主要系统包括：加速器系统、束流输运系统、剂量配送系统、患者定位系统和影像系统等。治疗控制系统还能够与肿瘤信息系统交互，对每天所需要治疗的患者进行治疗的排程，检索治疗指示(治疗计划)，并提供进展信息，形成治疗报告。这些功能都是由治疗控制系统进行完成的。

6、目前质子治疗系统提供的质子束流能量最高可达250mev，在治疗和调试期间因为质子束轰击加速器和输运部件会产生中子和伽马射线，在停机后仍会有因为活化产生的伽马辐射场。为了保证质子治疗装置的运行人员和公众免受潜在电离辐射的伤害。目前大多数质子治疗装置采用多个治疗室的布局，比较经典的多室是4个治疗室的布局。标准的质子治疗根据治疗计划每次治疗的辐照剂量大约10cge左右，而flash质子治疗因为是极高剂量率，需要在短时间内进行高剂量率。对于区域的剂量屏蔽要求高。一般的做法是增加治疗室内屏蔽墙体的厚度，来达到满足区域剂量屏蔽及安全连锁的要求，但是厚重的屏蔽墙会极大的增加建筑成本，并且对于已经建成的多室质子治疗中心为了单独的flash治疗也很难对屏蔽墙再次进行加厚的改装。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种用于多室的flash质子治疗的辐射安全联锁方法，包括：

2、治疗控制系统选择进行flash质子治疗的flash治疗室；

3、对flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室进行清场处理；

4、当3个治疗室都满足开始条件时，开始进行flash质子治疗，直到治疗结束。

5、优选的，所述治疗控制系统选择设条件选择进行flash质子治疗的flash治疗室，包括：

6、治疗控制系统选择两侧均具有其他治疗室的治疗室为进行flash质子治疗的flash治疗室。

7、进一步的，所述对flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室进行清场处理，包括：

8、对flash治疗室相邻的2个治疗室进行清场处理；

9、当flash质子治疗的患者准备就绪后，对所述flash治疗室进行清场处理；

10、当flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室同时满足安全连锁系统时，则完成清场处理。

11、进一步的，所述开始条件，包括：

12、没有急停或者超剂量阈值报警，且安全连锁解锁和加速器及束流线、治疗头的连锁信号均正常。

13、进一步的，所述开始进行flash质子治疗之后，还包括：

14、flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室中任一个的安全连锁被破坏，则触发安全连锁，停止束流。

15、进一步的，所述安全连锁被破坏的情况，包括下述至少一种或多种：

16、flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室中任一个治疗室门被打开，急停按钮被按下，或者任何一个房间剂量监测超阈值。

17、基于同一发明构思，本技术还提供一种用于多室的flash质子治疗的辐射安全联锁系统，包括：治疗室选择模块、清场处理模块和治疗模块；

18、所述治疗室选择模块，用于采用治疗控制系统选择进行flash质子治疗的flash治疗室；

19、所述清场处理模块，用于对flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室进行清场处理；

20、所述治疗模块，用于当满足开始条件时，开始进行flash质子治疗，直到治疗结束。

21、进一步的，所述治疗室选择模块具体用于：

22、通过治疗控制系统选择两侧均具有其他治疗室的治疗室为进行flash质子治疗的flash治疗室。

23、进一步的，所述清场处理模块具体用于：

24、对flash治疗室相邻的2个治疗室进行清场处理；

25、当flash质子治疗的患者准备就绪后，对所述flash治疗室进行清场处理；

26、当flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室同时满足安全连锁系统时，则完成清场处理。

27、进一步的，所述治疗模块中的开始条件，包括：

28、没有急停或者超剂量阈值报警，且安全连锁解锁和加速器及束流线、治疗头的连锁信号均正常。

29、进一步的，还包括中止模块，所述中止模块用于：

30、flash治疗室相邻的2个治疗室和所述flash治疗室中任一个的安全连锁被破坏，则触发安全连锁，停止束流。

31、进一步的，所述中止模块中的安全连锁被破坏的情况，包括下述至少一种或多种：

32、flash治疗室周围的治疗室和所述flash治疗室中任一个治疗室门被打开，急停按钮被按下，或者任何一个房间剂量监测超阈值。

33、与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

34、本发明提供一种用于多室的flash质子治疗的辐射安全联锁方法和系统，包括，治疗控制系统选择进行flash质子治疗的flash治疗室；对flash治疗室相邻的2个治疗室和flash治疗室进行清场处理；当3个治疗室都满足开始条件时，开始进行flash质子治疗，直到治疗结束；本发明通过治疗控制系统选择进行flash质子治疗的flash治疗室并相应进行连锁控制，可在现有质子治疗中心的控制及安全连锁基础上进行控制和连锁逻辑的升级改造即可完成满足极高剂量率的flash治疗所需的安全连锁要求，无需额外增加硬件或者建筑成本。